电动葫芦新型卷筒装置结构设计①

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.01.088

电动葫芦新型卷筒装置结构设计

王晨

（半岛(天津)起重设备有限公司 天津 300353）

①

摘　要：作为钢丝绳电动葫芦的主要结构部件，卷筒装置设计影响着钢丝绳收放效果、吊具吊钩的升降情况，最终影响重物吊放作业，并且卷筒装置尺寸决定了整个葫芦外形，进而决定其加工性、抗噪性以及稳定性等，可以说是电动葫芦设计中需要特别注意的地方。该文通过相关资料，介绍了电动葫芦的相关定义和传统卷筒装置存在的弊端，对新型的卷筒装置设计进行了详细讲解，希望对现代工业的宣传和发展有所裨益。

关键词：钢丝绳电动葫芦 新型卷筒装置 结构设计中图分类号：TH21

文献标识码：A

文章编号：1674-098X(2017)01(a)-0088-02

从1950年开始电动葫芦就在我国开始生产，多年来经历了从仿造、试制到开发的递增过程，可以说是我国工业发展的一个小缩影，因为其在工业上的重要性，电动葫芦的改变一直受到广泛关注。卷筒装置作为钢丝绳电动葫芦的重要零件，经历了反复地实践和改革后，一种新型的卷筒装置被应用于电动葫芦，起到了不错的效果。

为4/2，钢丝绳安全系数（n）为4，动载冲击系数（φ2）为1.1，相关公式为钢丝绳拉力（N）等于动载冲击系数与额定载荷的乘积除以钢丝绳安全系数，即N＝φ2Gn/n，根据此计算得到钢丝绳拉力为2.75 t。该文中选用的钢丝绳的抗拉强度等级有1 770 MPa、6×37-∮15-IER，最小破断力（F）为127 kN，计算可得钢丝绳安全系数（nj＝F/Nη）达

[2]

到5.23，大于原来的安全系数，与相关标准相符合。

1 电动葫芦和传统设计

电动葫芦是一种特种起重设备，分为钢丝绳和环链2种，主要安放在天车和龙门吊上方，与传统的机器相比，体积不大、质量较轻、容易上手，常常在工矿企业、码头等地方出现，为起吊、运输重物做出了巨大贡献。该文中主要介绍钢丝绳电动葫芦中的重要装置：卷筒装置，作为电动葫芦的重要构成部分，主要包括的结构有：葫芦卷筒、卷筒外壳、导绳器等，其尺寸、形状、性能决定了电动葫芦的大小、功能和作用，其结构设计的合理性、安全性一直是电动葫芦设计的重点。传统设计的钢丝绳电动葫芦往往具有很长的卷筒，随着科技的进步，渐渐不能适应工业的发展，占地面积大、生产加工不易，造成卷筒和绳槽不能同心，传统卷筒难以加工以及精度问题给众多企业带来了生产问题，有待改善。

[1]

2.2 卷筒直径、长度

确定卷筒直径和长度。为了保证钢丝绳具有一定的使用寿命，所选卷筒直径不能过小，具体数据有：已知卷筒直径（D）和钢丝绳直径（d）的比值不能小于16，d=15 mm，因此D不能小于240 mm，根据安装条件、扭矩条件该文中选取了D＝426 mm的卷筒直径，根据公式L＝[aH÷（∏×（D+d））＋4.5]p+200，起升高度（H）为90 m，滑轮倍率（a）为4/2，卷筒绳槽螺距（p）为16 mm，可得L＝

[3]2 351.8 mm，这就确定了卷筒长度。

卷筒直径、长度是新型卷筒与传统卷筒装置最为显著的区别，在设计上是依靠绕绳结构达到改变的，将单层变为双层的过程中使得卷筒长度减少了59%，使其长度达到了普通设备加工的标准，也增强了精度、简化了工艺，可以说避免了传统卷筒面临的主要弊端，受到了许多加工厂的热烈追捧。2.3 卷筒强度

卷筒强度即卷筒壁厚设计的要求，进行强度校核后确定其壁厚，由于铸造工艺，壁厚不能过小，这从根本上决定了卷筒装置的作用。卷筒应力的计算公式为σl＝MW/W＋[σl]根据已有数据计算σl为157.16 MPa，符σ/Y/[σY]≤[σl]，

合相关标准。可见该文中用到的这种新型卷筒达到了作业的应力要求，完全可以用于各项工作中，完成对重物的起吊。2.4 阶梯形导绳器

导绳器在钢丝绳的拉动中起到重要的作用，可以使得钢丝绳沿着滚筒顺势卷入和排出，决定了拉松的顺畅度，避免了卷入、乱绳、磨损等情况，它与起升限位器配合动作，能保

（下转90页)

2 新型卷筒装置结构设计

由于传统的卷筒装置存在各种问题，新型卷筒装结构设计符合时代发展、结合了实践的卷筒装置结构设计渐渐被提出，为电动葫芦带来了进一步的发展。该文中所讲解的新型卷筒装置以双层绕绳结构替代了传统的单层，减少了卷筒长度，有效地解决了精度问题，非常符合现有的工业要求标准。

2.1 钢丝绳选型

钢丝绳作为卷筒中主要的组成部分，其设计选择必须要符合其拉力范围和等级，确保卷筒装置具有合格的承载性和安全性。

已知的数据有：额定载荷（Gn）为10 ton，滑轮倍率（a）

①作者简介：王晨(1983—)，女，汉，天津人，本科，中级工程师，研究方向：机械设计。88

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科技创新导报2017 NO.01Science and Technology Innovation Herald工业技术

涂料作为轨道车辆的底漆和面漆都有过成功应用的实例。

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车内及底架上的乳液型阻尼涂料、用于底漆的水性环氧树脂和水性聚氨酯涂料、用于面漆的水性聚氨酯涂料等。3.1 乳胶型涂料

随着车体振动，车速提高，车辆的噪声会显著增加。水性阻尼涂料因为具有减振、隔音降噪功能而广泛应用于轨道车辆中。阻尼涂料可直接喷涂于结构表面,所以便于施工，而橡胶阻尼材料遇到结构复杂的表面时会出现施工困难的问题，在使用阻尼涂料时则会避免该问题,体现了其优越性。水性阻尼涂料作为一种具有优良抗振、隔热、减噪、防腐、阻燃等性能的功能型涂料，主要用于机车车内及底架上。3.2 水性环氧树脂涂料

由于水性环氧树脂分子结构中的强极性基团产生的电磁吸附或化学键让水性环氧树脂具备了易固化、粘附力强、耐化学药品、电绝缘性等优异性能。由于环氧树脂乳液的户外耐候性较差，因此水性环氧树脂涂料主要用作防腐底漆而不作为中层漆或者面漆。3.3 水性聚氨酯涂料

相对于传统PU涂料，WPU涂料具有无毒、低VOC等特点，是节约资源、环保的水性涂料。而改性之后的WPU涂料在耐蚀性、耐磨性、附着力等方面不逊于传统的PU涂料。通常利用改性的二异氰酸酯及含羟基的多元醇经聚加成反应制成WPU,由于异氰酸酯和多元醇种类具有多样性，所以得到水性聚氨酯具有各种形态的优异性能。利用复合改性、纳米改性、交联改性、纳米改性等方法改性的WPU,将会在汽车涂料领域得到更多的应用。德国国有铁路公司使用WPU

4 水性涂料在轨道车辆中的应用展望

与传统溶剂不同，水性涂料是以水为分散介质，避免了传统溶剂给环境带来污染的问题。通过改性等方法，水性涂料有着良好的附着力、耐化学性、耐腐蚀性，还有装饰、美观等功能；其性能不逊于传统的溶剂型涂料。目前环保、节能、低碳乃是轨道车辆甚至整个工业的发展趋势，水性涂料因为具有环保、节能、低碳等优点在轨道车辆行业中具有良好的市场及应用前景。虽然目前水性涂料在对工件表面前处理、温度湿度的控制、面漆修补等方面有所不足，但通过努力和创新，水性涂料会在轨道车辆中得到广泛应用。

参考文献

[1] 欧阳晓,张理,于峰.水性涂料在轨道车辆上的应用[J].现

代涂料与涂装,2015,18(12):7-10.

[2] 许凯翔,杨建军.功能型水性聚氨酯建筑涂料的研究现状

和最新进展[J].聚氨酯工业,2016,31(2):1-4.

[3] 陈小伟,王春萌,祁德彬.环保涂料在轨道车辆中的应用

[J].现代涂料与涂装,2016,9(7):15-17.

[4] 高敬民,岳斌.水性涂料在轨道交通领域中的应用现状及

发展趋势[J].现代涂料与涂装,2016,19(9):6-10.

(上接88页）

证行程终点的安全限位。由于该文中的新型卷筒采用的是双层绕绳结构，与传统的单层绕绳结构有所区别，导绳器需要压2层绳，还要保证其运行同步且留有间距，这是设计的难点之一。该文中的设计选用了阶梯形导绳器，包括的部件有：阶梯形导绳螺母、固定钢带、出绳卡板等。导绳器螺母的左右端设计有所区别，右端与卷筒设计相应和，带有内螺纹结构，中部有第一层钢丝绳结构、第一出绳口、第一出绳口卡板、固定钢带等设计，以第一层钢丝绳为服务对象；右端则以第二层钢丝绳为服务对象，其他设计基本相同。这种连接方式紧凑又可靠，这项设计已经通过了实际应用检验。2.5 导绳器2个出绳口的间距设计

当使用阶梯形导绳器时，对于2个出绳口之间的间距也有了一定的要求，合适的间距可以使整个卷筒高效、正常运作，减少失误、摩擦的产生。相关资料表明:当吊钩动滑轮上升至最高位置时，动滑轮与卷筒中心间距达到542 mm，此时2个动滑轮的间距为220 mm，钢丝绳与动滑轮的轴夹角（α）为2.5°，可得出绳口到动滑轮有23.7 mm的垂直距离（X），根据公式220＋2X≥S≥220－2X，以及S的绳槽螺距整数倍要求，可以得到S的值为180 mm，此时α为2.11°，小于上限3.5°，符合标准。

在的问题，在其设计中，需要考虑尺寸、结构及与外部连接，使其构造达到最优，并具体介绍了新型的卷筒装置结构设计工艺，值得一提的是，这种新型卷筒装置已经在电动葫芦中得到了一段时间的应用，其结果符合我们的预期，新型的卷筒设置在钢丝绳设计、卷筒直径长度设计、卷筒强度设计、导绳器设计等方面存在着优势，其设计的改变主要是围绕着双层绕绳结构的改变而进行，极大程度上避免了传统电动葫芦的弊端，具有性能优、加工易、消耗小等特点，且其尺寸的改变使得厂房面积的利用率被增大。

科技的发展往往会带来技术的革新，在调研中发现，一些卷筒的设计厂家在新型卷筒的设计基础上增加了棘轮机构，主要是起到安全制动器的作用，在很大程度上增强了电动葫芦的安全性，但是由于篇幅和内容所限，该文中并未对此进行详细描述，但是我们不妨展望，卷筒设计的改变在不断更新着，从大而笨重，到小而精细，这是一个持续的过程，离不开千千万万研究者和作业者的共同努力，笔者相信，将来必定会有更加优秀的设计应用于电动葫芦中，带来更加好的效果，其设计的改进也会对其他工业设计产生一些借鉴作用。

参考文献

[1] 于缤峰.一种应用在钢丝绳电动葫芦上的卷筒装置[J].起

重运输机械,2014,12(12):112-114.

[2] 高明利.电动葫芦新型卷筒装置结构设计[J].河南科

技,2012,23(28):247-248.

3 结语

该文中介绍了电动葫芦的定义，以及传统的卷筒装置存90

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